Ecological Engineering of Drawdown Wetlands Based on Water-level Fluctuation-Baijia Stream in the Three Gorges Reservoir as a Case Study

三峡水库蓄水后形成的消落带,其生态环境既是严峻考验,也是生态机遇。大面积消落带植被在出露的生长季节所蓄积的碳及营养物质是非常宝贵的资源,如果能加以妥善利用,就可化害为利。针对三峡水库消落带现状及存在的问题,必须着眼于消落带的生态友好型利用。立足消落带向增加碳汇、生物生产、环境净化等多功能生态经济效益转变的需求,探索消落带资源可持续利用的生态工程模式。自2008年以来,在三峡库区澎溪河一级支流白夹溪消落带实施了包括基塘工程、林泽工程、鸟类生境再造等生态工程。本文论述了针对水位变动的消落带湿地生态工程设计原则、工程实施内容,简要分析了生态工程的效益。论文最后指出,三峡水库消落带湿地生态工程的未来努力方向是将基塘工程、林泽工程、生境再造工程与生态经济结合起来,开发消落带生态友好型利用的综合集成模式。     

三峡水库消落带湿地生态友好型利用探讨 (三峡地区资源环境生态研究)

三峡水库蓄水后形成的消落带湿地,其生态环境既是严峻考验,同时也是生态机遇。消落带冬季蓄水淹没期间,生长季节积累下来的有机物质在水下厌氧分解,成为二次污染源。大面积消落带植被在出露的生长季节所蓄积的碳及营养物质是非常宝贵的资源,如果能加以妥善利用,就可化害为利。针对三峡库区消落带湿地现状及存在的问题,必须着眼于消落带湿地的生态友好型利用,立足消落带湿地向增加碳汇、生物生产、环境净化等多功能生态经济效益转变的需求,探索消落带湿地资源生态友好型利用的多种模式,包括湿地基塘工程、林泽工程、植物浮床工程、消落带湿地农业产业功能耦合关键技术、消落带湿地生态保育和生态修复技术等。     

三峡水库干流典型消落带泥沙沉积过程

 选择三峡水库中游干流典型消落带断面,现场调查泥沙沉积速率随高程分布,探讨三峡水库特定水位调节模式和长江上游泥沙输移的季节性特征对消落带泥沙沉积的影响。结果表明,消落带泥沙净沉积主要发生在145~168 m 高程,2010年累积净沉积厚度为1.1~39.9 cm,随高程增加逐渐减小,145~155 m 平均泥沙沉积厚度为14.9 cm,155~168 m 平均泥沙沉积厚度为2.6 cm;2013年累积净沉积厚度为3~80 cm,表明三峡水库干流消落带泥沙沉积过程迅速。泥沙粒径随高程增加逐渐变粗,体现在砂粒体积分数和中值粒径逐渐增大。消落带下部沉积泥沙颗粒组成与干流悬移质泥沙接近,而消落带上部沉积泥沙明显粗于干流悬浮泥沙。消落带泥沙沉积速率与水库水位调节密切相关,雨季水库低水位运行,长江悬移质输沙量的增加导致了消落带下部大量泥沙沉积;旱季水库高水位运行,长江悬移质输沙量减少导致消落带上部泥沙沉积速率降低,消落带河岸侵蚀对沉积泥沙贡献逐渐增大。消落带淹水时间随高程增加而缩短,长时间淹没有利于消落带下部泥沙沉积。综合推断,三峡水库干流消落带下部泥沙主要来源于雨季河流悬移质泥沙的沉积,而消落带上部沉积泥沙主要来自旱季消落带河岸侵蚀产沙。     

Changing Patterns of Plant Communities in the Drawdownb Zone of Baijia Creek Under the Influence of Three Gorges Reservoir Impoundment

自2006年10月始,三峡水库已经完成了从156～175 m分期蓄水过程。为进一步了解水库分期蓄水对消落区植物群落结构和分布格局的影响,在2008年的工作基础上于2011年7～8月再次对白夹溪消落区内的植物群落进行调查,对比和分析了该区域内在156 m蓄水和175 m蓄水情况下消落区植物群落的结构变化。结果表明,研究区域内共发现维管束植物39科93属101种,其中消落区内有维管束植物30科74属84种;曾经是消落区优势种的苍耳(Xanthium sibiricum)、双穗雀稗(Paspalum paspaloides)等植物分布范围明显减少;香附子(Cyperus rotundus)、西来稗(Echinochloa crusgali var.zelayensis)和合萌(Aeschynomene indica)成为该区域新生的优势植物种群。该结果提示三峡水库175 m蓄水对白夹溪消落区植物多样性及植物群落分布有重要影响。     

Spatial Pattern of Carbon Storage in the Drawdown Area of the Three Gorges Reservoir

以GIS为支撑,以三峡水库消落带的空间关系、高程变化和坡度分布为基础,分析了三峡水库消落带碳储量的空间格局。 结果表明,三峡水库消落带碳储量(单位:tC)约为514862.3tC;不同高程带碳储量变化由高到低依次为高程带160~170m、150~160m、170~175m、145~150m,其中高程带160~170m的碳储量最高为229367.46tC;不同坡度带碳储量变化由高到低依次为坡度带5毅~15毅、0毅~5毅、15毅~25毅,其中坡度大于25毅的区域,由于水流冲刷和基岩出露,植被生长稀少,因此不考虑其地上部分和地下部分碳储量,估算该区域碳储量为0,这也是不同高程带和不同坡度带计算出来的碳储量相差较大的原因。 研究认为三峡水库独特的调节方式和消落带植被夏季生长茂盛可吸收并积累大量碳,具有较大的碳汇潜力;同时在迭加土壤、气候、人为干扰等多种因素后,碳储量表现出了明显的沿高程梯度和坡度梯度变化的趋势。
     

三峡水库消落带湿地碳储量及空间格局特征

以GIS为支撑,以三峡水库消落带的空间关系、高程变化和坡度分布为基础,分析了三峡水库消落带碳储量的空间格局。结果表明,三峡水库消落带碳储量(单位:tC)约为514 862.3 tC;不同高程带碳储量变化由高到低依次为高程带160～170 m、150～160 m、170～175 m、145～150 m,其中高程带160～170 m的碳储量最高为229 367.46 tC;不同坡度带碳储量变化由高到低依次为坡度带5°～15°、0°～5°、15°～25°,其中坡度大于25°的区域,由于水流冲刷和基岩出露,植被生长稀少,因此不考虑其地上部分和地下部分碳储量,估算该区域碳储量为0,这也是不同高程带和不同坡度带计算出来的碳储量相差较大的原因。研究认为三峡水库独特的调节方式和消落带植被夏季生长茂盛可吸收并积累大量碳,具有较大的碳汇潜力;同时在迭加土壤、气候、人为干扰等多种因素后,碳储量表现出了明显的沿高程梯度和坡度梯度变化的趋势。     

桂林市青狮潭水库消落带土壤侵蚀及其生态修复

水库消落带是因调度等原因而形成的特殊区域,库水位周期性变化,波浪对库区边坡不断冲刷,土壤侵蚀十分严重.以桂林市青狮潭水库为背景,研究消落带的土壤侵蚀问题,提出:植被重建和恢复是最好的治理措施;建立一套合理的生态评价指标体系;对修复前后的消落带植被进行长期监测、对比和判断,对其成果进行有效、合理的评价,为水库消落带的生态修复提供参考.     

澜沧江糯扎渡水库消落带土壤侵蚀特征研究

澜沧江干流梯级水电开发形成大面积的水库消落带,该区土壤侵蚀极其严重,对水库安全运行构成严重威胁.文章利用ArcGIS空间分析功能,结合遥感影像判识、野外调查及侵蚀针技术等,查明澜沧江流域规模最大的糯扎渡水库消落带空间分布特征和土壤侵蚀过程的关键驱动因子.结果表明:(1)糯扎渡水库消落带总面积129.95 km~2,其中干流57.29 km~2、支流72.66 km~2;消落带面积随高程的降低逐渐减小;不同坡度消落带面积分布不均,15°～25°坡度上分布最广,大于35°的急陡边坡分布最少.(2)糯扎渡水库消落带土壤侵蚀营力多样,最常见的侵蚀形式为涌浪侵蚀和崩塌,涌浪侵蚀是消落带特有的水力侵蚀形式.(3)糯扎渡水库消落带土壤侵蚀异常强烈. 2016—2018年干流消落带平均土壤侵蚀速率38.50 mm/a,而库湾平均土壤侵蚀速率17.00 mm/a,干流消落带土壤侵蚀速率是库湾的2.30倍.(4)消落带坡度、植被和土壤水分变化对土壤侵蚀的影响显著.坡度与消落带年均侵蚀深度呈现显著的线性相关;植被可以减缓消落带土壤侵蚀;随着土壤含水率的增加,土壤抗剪强度随之降低,土壤侵蚀加剧.     

库岸滑坡破坏模式识别方法研究———以三峡水库青石滑坡为例

青石滑坡是三峡水库岸坡消落带典型的崩坡积层滑坡,基于现场调查和工程勘察分析了三峡水库蓄水运行期间青石滑坡的变形与破坏特征;将滑动面位于175m水位以上的部分假定为弹性介质,位于145~175m之间的部分假定为应变软化介质,提出了两种介质材料的本构模型;通过对滑坡滑动面弹性应变能、滑坡重力势能和地下水渗透势能的计算,采用突变理论建立了滑坡破坏模式判别指标,据此可将滑坡破坏模式分为缓动型和剧动型两类。计算结果表明,青石滑坡在水库运行期间的破坏模式属于缓动型,与实情相符。研究成果对于探索三峡水库岸坡滑坡灾害的形成机制及其减灾具有积极意义。
     

库岸滑坡破坏模式识别方法研究——以三峡水库青石滑坡为例

青石滑坡是三峡水库岸坡消落带典型的崩坡积层滑坡,基于现场调查和工程勘察分析了三峡水库蓄水运行期间青石滑坡的变形与破坏特征;将滑动面位于175m水位以上的部分假定为弹性介质,位于145~175m之间的部分假定为应变软化介质,提出了两种介质材料的本构模型;通过对滑坡滑动面弹性应变能、滑坡重力势能和地下水渗透势能的计算,采用突变理论建立了滑坡破坏模式判别指标,据此可将滑坡破坏模式分为缓动型和剧动型两类。计算结果表明,青石滑坡在水库运行期间的破坏模式属于缓动型,与实情相符。研究成果对于探索三峡水库岸坡滑坡灾害的形成机制及其减灾具有积极意义。     

三峡库区消落带与水环境响应关系预测

随着三峡工程蓄水的完成,三峡库区消落带将逐渐形成并进入淹没期.消落带初次进入淹没期后,长期吸附在消落带土壤中的氮磷等营养物质将逐渐进入水体,并由此对三峡水库水质产生一定的影响.模拟消落带土壤淹没后氮磷释放实验,根据实验结果和一级动力学方程,计算出消落带土壤进入淹水期后的氮磷释放速率方程,并分别预测了在高、中、低水平下库区各区县消落带土壤释放的氮磷总量.以典型的开县消落带为例,预测了开县消落带氮磷释放与水环境之间的响应关系,结果表明高水平条件下开县消落带土壤全淹后对水环境中TP、TN和氨氮浓度的贡献值均较小,但其所占预测负荷总量的百分比分分别为93.79%,69.65%和51.61%,     

三峡水库消落带出露期植物群落动态特征

【目的】调查研究三峡水库低水位运行期间消落带植物群落物种构成、优势种的消长和物种多样性在1个生长季的动态特征。【方法】以三峡水库小江和汝溪河为研究区域,在152~170m高程范围设置7条固定样带,于2016年5—9月进行植物学群落调查。【结果】调查共记录维管植物22科55属60种,以禾本科(Gramineae)和菊科(Compositae)物种最多。不同高程的优势物种组成变化不大,但重要值所占比例不同。随着高程升高及出露期延长,一年生植物重要值升高。多年生植物狗牙根(Cynodon dactylon)和香附子(Cyperus rotundus),一年生植物苍耳(Xanthium sibiricum)、狼杷草(Bidens tripartita)、稗(Echinochloa crusgalli)、马唐(Digitaria sanguinalis)等是消落区优势物种;随着高程升高和出露期延长,狗牙根和香附子重要值降低,苍耳和狼杷草重要值升高,稗和马唐重要值先升高后降低。消落带植物群落的丰富度、多样性、均匀度指数在高程梯度上的差异在p0.05水平具有统计学意义,物种多样性沿高程升高和出露期延长整体呈增加趋势。【结论】三峡水库消落带的物种组成趋于简单化,尤其在低高程区,耐淹种和具有强竞争力的植物是消落区的优势物种组成。不同植物的生长生态特性及对生境适应能力的差别是消落带植物群落形成和变化的主要因素。     

水淹对三峡库区消落带南川柳植物群落的影响

根据三峡库区冬蓄夏汛的水文生态过程,研究了消落带典型的冬季蓄水淹没和夏季汛期水淹对不同高程消落带土著植物南川柳(Salix rosthornii Seemen)的盖度、基径和株高等生物学特征及群落物种多样性格局的影响.结果表明:冬季水淹后172 m高程南川柳平均盖度与株高及175 m高程平均株高显著增大(p＜0.05),而对两高程段南川柳基径影响不明显(p＞0.05).夏季水淹后,172 m高程南川柳平均盖度显著降低(p＜0.05),基径和株高变化较小(p＞0.05);而175 m高程南川柳生物学特征受水淹影响不明显(p＞0.05).经过冬季和夏季水淹,172 m高程物种Patrick丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数先增大后降低,而175 m高程则出现相反变化趋势;172 m高程Simpson优势度指数显著增大(p＜0.05),而175 m高程仅冬季水淹后显著增大(p＜0.05).就水淹后生物特征短时效而言,南川柳可以有效地作为三峡消落带植被恢复的适生物种,但为降低夏季水淹后由泥沙堆压造成的物理胁迫,需要适当的人为管护.     

三峡枢纽水库运行调度

三峡枢纽自2003年初步蓄水以来,工程建设进度、库区移民安置、地质灾害治理等较初步设计有所提前,泥沙淤积情况明显好于预期,三峡枢纽提前实现了分期蓄水目标。同时,随着运行条件的变化,三峡水库在汛限水位浮动、中小洪水调度、提前蓄水等方面进行了优化调度尝试,取得了较好的防洪、抗旱、航运、供水、生态等综合效益。尤其是2010年,汛期三峡水库实施了中小洪水调度,拦蓄洪量达到266亿m3,洪水资源利用充分;汛末采取了蓄水与汛期防洪运用相结合的方式,进一步利用汛末洪水资源,首次实现了175 m蓄水目标,枢纽开始全面发挥正常运行期的综合效益。     

三峡库区消落带滑坡稳定性分析中的力学问题

针对三峡库区消落带特殊的地质环境,在系统分析作用于滑坡体上的力系以及滑坡体受力状态随库水位变化而变化的规律的基础上,研究了水库消落带库水位周期性变化对岩石变形特性演化规律的影响,提出了旱季（天然状态）、雨季（暴雨或长期降雨状态）、旱季＋175m库水位、雨季＋175m库水位、旱季＋地震、雨季＋地震、旱季＋175m库水位＋地震、雨季＋175m库水位＋地震、旱季＋库水位由175m下降至145m、雨季＋库水位由175m下降至145m等10种典型计算工况及其相应的作用荷载体系,建立了三峡库区水库消落带滑坡稳定性分析评价方法。其研究成果为探索处于三峡库区水库消落带地质环境的稳定性分析评价方法和确定三峡库区库岸边坡整治工程设计方案奠定了基础。     

三峡水库消落带出露期植物群落动态特征

【目的】调查研究三峡水库低水位运行期间消落带植物群落物种构成、优势种的消长和物种多样性在 1 个生长季的动态特征。【方法】以三峡水库小江和汝溪河为研究区域,在 152~170m 高程范围设置 7 条固定样带,于 2016 年 5 — 9 月进行植物学群落调查。【结果】调查共记录维管植物 22 科 55 属 60 种,以禾本科( Gramineae )和菊科( Compositae )物种最多。不同高程的优势物种组成变化不大,但重要值所占比例不同。随着高程升高及出露期延长,一年生植物重要值升高。多年生植物狗 牙 根 ( Cynodon dactylon )和 香 附 子 (Cyperus rotundus ),一 年 生 植 物 苍 耳 ( Xanthium sibiricum )、狼 杷草( Bidens tripartita )、稗(Echinochloa crusgalli )、马唐( Digitaria sanguinalis )等是消落区优势物种;随着高程升高和出露期延长,狗牙根和香附子重要值降低,苍耳和狼杷草重要值升高,稗和马唐重要值先升高后降低。消落带植物群落的丰富度、多样性、均匀度指数在高程梯度上的差异在 p <0.05 水平具有统计学意义,物种多样性沿高程升高和出露期延长整体呈增加趋势。【结论】三峡水库消落带的物种组成趋于简单化,尤其在低高程区,耐淹种和具有强竞争力的植物是消落区的优势物种组成。不同植物的生长生态特性及对生境适应能力的差别是消落带植物群落形成和变化的主要因素。
     

三峡水库蓄水后澎溪河消落带植物群落格局及多样性

三峡水库156m蓄水后,消落带内植物种类组成、空间分布格局以及多样性发生巨大变化。2008年7～9月对开县澎溪河及支流自夹溪沿岸海拔175m以下范围的植被进行调查：在澎溪河设置3个样带,在白夹溪设置2个样带,共108个草本样方。结果表明：共发现98种维管植物,分属于38科29属,其中水生、湿生植物52种;一年生植物和隐芽植物种类丰富,分别占52．0％和31．6％;调查区域内植被可划分为11个群丛;沿河流侧向空间梯度可分为河漫滩一年生草本植物带、苍耳带、双穗雀稗带、白茅带4个植物带;土壤含水率的变化及分布格局对消落带植物带状分布有较大影响。研究表明消落带内植物物种丰富度和多样性较低。     

三峡库区秭归碎屑岩岸坡消落带岩体劣化特性研究

岸坡消落带岩体劣化对岸稳定性演化和岸坡再造具有不利影响.三峡库区岸坡消落带长期处于145～175 m库水位升降环境,以三峡库区碎屑岩岸坡消落带岩体为研究对象,采取野外调查与测绘、室内试验、消落带岩体与未受库水位影响的自然风化区岩体的“比拟法”等综合方法,总结了碎屑岩岸坡消落带岩体劣化特征,基于消落带岩体劣化宏观现象,提出了碎屑岩岸坡消落带岩体的劣化模式,分析了碎屑岩岸坡消落带岩体劣化水动力作用机制.结果表明：岸坡消落带岩体劣化与岸坡结构、工程地质岩组和岩性具有明显的相关性.库水位升降水动力作用是诱发消落带岩体劣化的主要水动力条件.     

城市消落带景观基塘系统设计初探———以重庆开县汉丰湖为例

重庆开县汉丰湖在三峡大坝和汉丰湖水位调节坝的双重调节作用下形成了有别于自然湖泊和三峡水库的特殊水位变动规律;探索一种适合三峡水库消落带水位变动的生态修复模式是库区所有滨水城市景观生态修复的共同需求。本文在对汉丰湖消落带水位变动及景观特征进行科学分析的基础上,提出了滨水城市消落带景观基塘系统建设模式,即将消落带生态环境治理和消落带湿地资源的合理利用相结合;并探讨了景观基塘系统生态结构设计过程中的地形塑造、植物配置及维护管理等内容。研究认为,通过景观基塘系统建设,不仅可以实现消落带景观优化、水质净化以及生境改善等生态服务功能,也可为滨水城市消落带的景观生态修复提供借鉴。     

三峡水库消落带湿地碳排放生态调控的科学思考 (三峡地区资源环境生态研究)

消落带是流域景观内生物地球化学过程最为活跃的区域,是碳排放研究和控制的热点区域。三峡水库消落带在夏季出露期间正是植物生长旺季,植物通过光合作用吸收CO2发挥碳汇功能,同时湿地本身的生物地球化学过程要排放CH4。更重要的是,在冬季蓄水淹没期间,其生长季节积累下来的有机物质在水下厌氧分解,将排放CH4、CO2和N2O。消落带湿地碳动态的最明显特征就是随着水位的季节性变动,碳吸收和碳排放表现出明显的节律性变化,其碳排放具有明显的多源性。大面积消落带植被所蓄积的碳及营养物质是非常宝贵的资源,如果能加以妥善利用,就可化害为利。消落带湿地碳排放生态调控必须遵循控源、增汇和可持续综合利用原则,探索多尺度、多角度和多源定量分析碳源、碳汇的评价指标体系,碳排放的控源-减源-增汇关键技术集成模式及生态友好型利用综合模式,具有重要科学价值和应用前景。